Question

20．工業(yè)鐵紅的主要成分是Fe₂O₃，還含有少量的FeO、Fe₃O₄．為了測(cè)定鐵紅中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，興趣小組的同學(xué)進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)你參與過程分析．
[資料1]堿石灰既能吸收水又能吸收二氧化碳；濃硫酸可以吸收水蒸氣；
[資料2]實(shí)驗(yàn)室常用氫氧化鈉溶液來除去CO₂ 反應(yīng)生成碳酸鈉和水；用澄清的石灰水
來檢驗(yàn)CO₂氣體；
[資料3]草酸晶體（H₂C₂O₄•3H₂O）在濃H₂SO₄作用下受熱分解，化學(xué)方程式為：
H₂C₂O₄•3H₂O$→_{△}^{濃H_{2}SO_{4}}$CO₂↑+CO↑+4H₂O
（1）下列可用作草酸分解制取氣體的裝置是d（填字母編號(hào)）．

【問題討論】用下圖所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：

（2）實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先檢查裝置的氣密性．
（3）進(jìn)入D中的氣體是純凈、干燥的CO，則A、C中的試劑依次是c、a（填字母編號(hào)）．
a．濃硫酸       b．澄清的石灰水      c．氫氧化鈉溶液
（4）寫出A裝置中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O．
（5）B裝置的作用是驗(yàn)證CO₂已除盡．
（6）對(duì)D裝置加熱前和停止加熱后，都要通入過量的CO，其作用分別是：
①加熱前將裝置中的空氣排出，防止發(fā)生爆炸． ②停止加熱后驅(qū)趕裝置中滯留的二氧化碳，使其全部被E裝置中堿石灰全部吸收，同時(shí)能夠防止空氣進(jìn)入，鐵被氧化．
（7）寫出D裝置中所發(fā)生反應(yīng)的一個(gè)化學(xué)方程式Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
【數(shù)據(jù)分析與計(jì)算】
[資料4]鐵的常見氧化物中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：

鐵的氧化物	FeO	Fe2O3	Fe3O4
鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)	77.8%	70.0%	72.4%

（8）稱取鐵紅樣品10.0g，用上述裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)定鐵紅中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．
①D中充分反應(yīng)后得到Fe粉的質(zhì)量為m g，則7.0＜m＜7.78．
②實(shí)驗(yàn)前后稱得E裝置增重6.6g，則此鐵紅中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是76.0%．
【實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)】
反思1：本實(shí)驗(yàn)中如果缺少C裝置（不考慮其它因素），則測(cè)得樣品中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)
會(huì)偏�。ㄌ睢捌�小”、“不變”或“偏大”）．
反思2：請(qǐng)指出【問題討論】中實(shí)驗(yàn)裝置的一個(gè)明顯缺陷缺少尾氣處理裝置，或沒有檢驗(yàn)水是否除盡．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)反應(yīng)過程可以選擇發(fā)生裝置；
（2）凡是有氣體參加或產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)前一定要檢查裝置的氣密性，以防裝置漏氣影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果；
（3）氫氧化鈉溶液可以吸收二氧化碳?xì)怏w，濃硫酸可以吸收水蒸氣；
（4）根據(jù)反應(yīng)物、生成物、反應(yīng)條件及其質(zhì)量守恒定律可以書寫反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（5）二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁；
（6）一氧化碳是可燃性氣體，與空氣或氧氣混合達(dá)到一定程度時(shí)，遇明火會(huì)發(fā)生爆炸；
（7）鐵的氧化物在高溫條件下能和一氧化碳反應(yīng)生成鐵和二氧化碳；
（8）根據(jù)提供的數(shù)據(jù)可以判斷鐵的質(zhì)量范圍；
根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式及其反應(yīng)物、生成物的質(zhì)量關(guān)系和二氧化碳的質(zhì)量可以計(jì)算此鐵紅中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
【實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)】
一氧化碳有毒，擴(kuò)散到空氣中會(huì)污染環(huán)境．

解答 解：（1）草酸晶體（H₂C₂O₄•3H₂O）在濃硫酸作用下受熱分解生成一氧化碳等物質(zhì)，因此應(yīng)該用d裝置作為發(fā)生裝置．
故填：d．
（2）實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先檢查裝置的氣密性．
故填：檢查裝置的氣密性．
（3）進(jìn)入D中的氣體是純凈、干燥的CO，則A、C中的試劑依次是氫氧化鈉溶液、濃硫酸．
故填：c；a．
（4）A裝置中，二氧化碳和氫氧化鈉反應(yīng)生成碳酸鈉和水，發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式為：CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O．
故填：CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O．
（5）B裝置的作用是驗(yàn)證CO₂已除盡．
故填：驗(yàn)證CO₂已除盡．
（6）對(duì)D裝置加熱前和停止加熱后，都要通入過量的CO，其作用分別是：
①加熱前，將裝置中的空氣排出，防止發(fā)生爆炸；
②停止加熱后，驅(qū)趕裝置中滯留的二氧化碳，使其全部被E裝置中堿石灰全部吸收，同時(shí)能夠防止空氣進(jìn)入，鐵被氧化．
故填：將裝置中的空氣排出，防止發(fā)生爆炸；驅(qū)趕裝置中滯留的二氧化碳，使其全部被E裝置中堿石灰全部吸收，同時(shí)能夠防止空氣進(jìn)入，鐵被氧化．
（7）D裝置中，氧化鐵和一氧化碳反應(yīng)生成鐵和二氧化碳，氧化亞鐵和一氧化碳反應(yīng)生成鐵和二氧化碳，四氧化三鐵和一氧化碳反應(yīng)生成鐵和二氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式分別是：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂，F(xiàn)eO+CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe+CO₂，F(xiàn)e₃O₄+4CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3Fe+4CO₂．
故填：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
（8）①如果全部是氧化鐵，鐵的最少量是10g×70%=7.0g，如果全部是氧化亞鐵，鐵的最大量是10g×77.8%=7.78g．
故填：7.0；7.78．
②由Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂，F(xiàn)eO+CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe+CO₂，F(xiàn)e₃O₄+4CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3Fe+4CO₂可知，二氧化碳中的氧元素質(zhì)量一半來自于一氧化碳，一半來自于鐵的氧化物，
E裝置增重6.6g，說明生成二氧化碳的質(zhì)量是6.6g，6.6g二氧化碳中氧元素的質(zhì)量為：6.6g×3244×100%=4.8g，那么鐵的氧化物中氧元素的質(zhì)量是4.8g÷2=2.4g，
則鐵紅中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=10g-2.4g10g×100%=76.0%，
故填：76.0%．
【實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)】
本實(shí)驗(yàn)中如果缺少C裝置（不考慮其它因素），水蒸氣會(huì)進(jìn)入E裝置中，從而導(dǎo)致二氧化碳的質(zhì)量偏大，鐵的氧化物中氧元素質(zhì)量偏大，鐵元素質(zhì)量偏小，導(dǎo)致測(cè)得樣品中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)偏�。�
【問題討論】中實(shí)驗(yàn)裝置的明顯缺陷是缺少尾氣處理裝置，沒有檢驗(yàn)水是否除盡．
故填：缺少尾氣處理裝置，或沒有檢驗(yàn)水是否除盡．

點(diǎn)評(píng) 合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，科學(xué)地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)，是得出正確實(shí)驗(yàn)結(jié)論的前提，因此要學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)，為學(xué)好化學(xué)知識(shí)奠定基礎(chǔ)．